(57)【要約】【課題】貴金属元素を含むエッチング生成物が真空槽内に堆積することを抑えることのできるプラズマエッチング装置、及びプラズマクリーニング方法を提供する。【解決手段】プラズマエッチング装置１０は、基板Ｓが収容される真空槽Ｃと、真空槽Ｃにエッチングガスを供給するエッチングガス供給部１７ａと、真空槽Ｃにクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、真空槽Ｃ内のガスで該真空槽Ｃ内にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、エッチングガスのプラズマで基板Ｓをエッチングし、クリーニングガスのプラズマで真空槽Ｃ内のエッチング生成物をクリーニングする。エッチング対象物が、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含み、クリーニングガスが、六フッ化硫黄ガスと酸素ガスとが混合されたガスである。【選択図】図１
2013030696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象物が収容される真空槽と、
前記真空槽にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、
前記真空槽にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
前記真空槽内のガスで該真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、
前記エッチングガスのプラズマで前記エッチング対象物をエッチングし、前記クリーニングガスのプラズマで前記真空槽内のエッチング生成物をクリーニングする
プラズマエッチング装置であって、
前記エッチング対象物が、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含み、
前記クリーニングガスが、六フッ化硫黄ガスと酸素ガスとが混合されたガスである
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成部は、
前記真空槽の外側に配置された誘導コイルと、
前記エッチング対象物が載置されるステージに内蔵されたバイアス電極と、
前記誘導コイルに高周波電力を供給するコイル用高周波電源と、
前記バイアス電極に高周波電力を供給するバイアス用高周波電源とを備え、
前記誘導コイルと前記バイアス電極とを用いて前記エッチング対象物をエッチングし、
前記誘導コイルのみを用いて前記エッチング生成物をクリーニングする
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチングガスが、塩素ガスを含む
請求項１又は２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部を備え、
前記圧力調整部は、
前記プラズマ生成部が前記クリーニングガスでプラズマを生成するときに、
前記真空槽内の圧力を１Ｐａ以上３Ｐａ以下にする
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
真空槽内にクリーニングガスを供給する工程と、
前記クリーニングガスで前記真空槽内にプラズマを生成する工程とを有し、
前記真空槽内のエッチング生成物を前記プラズマでクリーニングする
プラズマクリーニング方法であって、
前記エッチング生成物が、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含み、
前記クリーニングガスが、六フッ化硫黄ガスと酸素ガスとが混合されたガスである
ことを特徴とするプラズマクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体メモリ等に用いられる貴金属層をエッチングするプラズマエッチング装置、特に真空槽の内側面に堆積して貴金属元素を含むエッチング生成物を該内側面からクリーニングするプラズマエッチング装置、及びプラズマクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、強誘電体メモリに用いられる強誘電体キャパシタでは、イリジウムや白金からなる一対の電極層が、ＰＺＴやＳＢＴ等の強誘電体層を挟んでいる。こうした強誘電体キャパシタのパターニングには、例えば特許文献１に記載のように、誘導放電型のプラズマエッチング装置が用いられている。
【０００３】
プラズマエッチング装置では、一対の電極層に挟まれた強誘電体層からなる積層体が、塩素や臭素を含むエッチングガスのプラズマによってパターニングされる。このとき、エッチングにより生成されたエッチング生成物の一部は、真空槽の内側面に付着し、その後、真空槽の内側面から剥がれることでパーティクルとなったり、真空槽内でのプラズマ生成の妨げになったりする。そこで、例えば特許文献２に記載のように、上記エッチング生成物を除去するためのプラズマクリーニング処理が行われている。
【０００４】
プラズマクリーニング処理では、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガス等のフッ素含有ガスからなるプラズマが真空槽内で生成される。これにより、上記エッチング生成物からより蒸気圧の高いフッ化物が生成され、エッチング生成物がフッ化物として排気されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０８０２７６号
【特許文献２】国際公開第２００８／１４９７４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、フッ素含有ガスを用いたプラズマクリーニング処理によれば、真空槽の内側面に付着したエッチング生成物をクリーニングすることが可能ではある。しかしながら、エッチングの対象物に上述した貴金属元素が含まれると、フッ素含有ガスからなるプラズマでは、相対的に大きい価数の貴金属元素が揮発性の貴金属フッ化物として排気される一方、相対的に小さい価数の貴金属元素が不揮発性の貴金属フッ化物として真空槽の内側面に堆積し続けることが、本願発明者により認められている。しかも、不揮発性の貴金属フッ化物がエッチング生成物の表面に堆積すると、この堆積物に覆われたエッチング生成物が、フッ素含有ガスからなるプラズマと反応し難くなる。結局のところ、エッチング生成物の一部がクリーニングされるとはいえ、不揮発性の貴金属フッ化物及びこれによって覆われたエッチング生成物が、上述と同様の問題を引き起こしてしまうことから、上記プラズマエッチング装置には、未だ改善の余地が残されている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貴金属元素を含むエッチング生成物が真空槽内に堆積することを抑えることのできるプラズマエッチング装置、及びプラズマクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本発明の態様の一つは、エッチング対象物が収容される真空槽と、前記真空槽にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、前記真空槽にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、前記真空槽内のガスで該真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、前記エッチングガスのプラズマで前記エッチング対象物をエッチングし、前記クリーニングガスのプラズマで前記真空槽内のエッチング生成物をクリーニングするプラズマエッチング装置であって、前記エッチング対象物が、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含み、前記クリーニングガスが、六フッ化硫黄ガスと酸素ガスとが混合されたガスである。
【０００９】
本発明の態様の一つは、真空槽内にクリーニングガスを供給する工程と、前記クリーニングガスで前記真空槽内にプラズマを生成する工程とを有し、前記真空槽内のエッチング生成物を前記プラズマでクリーニングするプラズマクリーニング方法であって、前記エッチング生成物が、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含み、前記クリーニングガスが、六フッ化硫黄ガスと酸素ガスとが混合されたガスである。
【００１０】
本願発明者は、イリジウム及び白金の少なくとも１つを含むエッチング生成物のクリーニングについて鋭意研究する中で、以下のような現象を見出した。すなわち、従来のプラズマクリーニング方法では、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスのプラズマによって、真空槽の内側面に付着したエッチング生成物を除去しており、これによれば、エッチング生成物の一部は除去されるものの、他の一部は除去されないことを見出した。加えて、本願発明者は、プラズマクリーニングによって除去されなかったエッチング生成物にはエッチャントの構成元素の一つであるフッ素が含まれることも見出した。これは、上記エッチング生成物の除去をＳＦ６ガスのプラズマで行った場合、相対的に揮発性の高いフッ化物（ＩｒＦ６、ＰｔＦ６）と、相対的に揮発性の低いフッ化物（ＩｒＦ３、ＰｔＦ４）とが生成され、その上で、これらのうち揮発性の高いフッ化物のみが真空槽から排気されているものと考えられる。
【００１１】
そして、本願発明者は、上記真空槽のプラズマクリーニングについて鋭意研究する中で、ＳＦ６と酸素（Ｏ２）ガスとが混合されたクリーニングガスのプラズマを用いることで、相対的に揮発性の低いフッ化物の生成が抑えられ、エッチング生成物のクリーニングが円滑に行われることを見出した。
【００１２】
こうした発見を受けて、上記態様では、ＳＦ６ガスとＯ２ガスとが混合されたガスであるクリーニングガスが真空槽に供給され、そして、該クリーニングガスのプラズマが真空槽内で生成される。そのため、上述のような相対的に揮発性の低いフッ化物よりも、相対的に揮発性の高いフッ化物が優先的に生成されるようになる。それゆえに、貴金属元素を含むエッチング生成物が真空槽内に堆積することを抑えることが可能となる。
【００１３】
本発明の態様の一つでは、前記プラズマ生成部は、前記真空槽の外側に配置された誘導コイルと、前記エッチング対象物が載置されるステージに内蔵されたバイアス電極と、前記誘導コイルに高周波電力を供給するコイル用高周波電源と、前記バイアス電極に高周波電力を供給するバイアス用高周波電源とを備え、前記誘導コイルと前記バイアス電極とを用いて前記エッチング対象物をエッチングし、前記誘導コイルのみを用いて前記エッチング生成物をクリーニングする。
【００１４】
エッチング対象物が載置されたステージにバイアス用の高周波電力が供給されることは、エッチング形状の異方性を高めるために有効な手段である。一方、プラズマクリーニング処理時のように、エッチング対象物がステージに載置されていない状態では、バイアス用の高周波電力がステージに供給されると、ステージの表面にて過度の腐食が進行する虞がある。このような問題は、プラズマクリーニング処理が行われる際に、ダミーとなる対象物をステージに載置することで解消することが可能である。しかし、ダミーとなる対象物を準備すること、プラズマクリーニング処理が行われる都度、ダミーとなる対象物をステージに載置すること等、プラズマエッチング装置の処理の効率を下げるような新たな問題が生じることとなる。
【００１５】
この点、上記態様によれば、エッチング処理では、誘導コイルとバイアス電極との双方が高周波電力の供給源として用いられる一方、プラズマクリーニング処理では、誘導コイルのみが高周波電力の供給源として用いられる。それゆえに、貴金属元素を含むエッチング生成物が真空槽内に堆積することを抑えつつ、ステージの表面における腐食がプラズマクリーニング処理で進行することを抑えることが可能にもなる。
【００１６】
本発明の態様の一つは、前記エッチングガスが、塩素ガスを含む。
イリジウム及び白金は、その塩化物の揮発性が低いことから、該塩化物を含むエッチング生成物は、真空槽の内側面に付着しやすい。一方、エッチング形状の異方性を担保する上では、イリジウムや白金が含まれるエッチング対象物に対し、こうした塩素をエッチャントに適用することも有効的である。そして、上記態様であれば、こうした貴金属元素と塩素との反応によって生成されたエッチング生成物を除去することが可能であるから、上述した効果がより顕著になる。
【００１７】
本発明の態様の一つは、前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部を備え、前記圧力調整部は、前記プラズマ生成部が前記クリーニングガスでプラズマを生成するときに、前記真空槽内の圧力を１Ｐａ以上３Ｐａ以下にする。
【００１８】
本願発明者は、上記プラズマクリーニングのプロセス条件について鋭意研究する中で、プラズマクリーニングを行う際に、真空槽内の圧力が高くなる程、エッチング生成物の除去速度が小さくなり、且つ、真空槽内の圧力が３Ｐａを超えると、エッチング生成物の除去速度は、１００ｎｍ／ｍｉｎよりも小さくなることを見出した。つまり、本願発明者は、真空槽内の圧力が３Ｐａより高いときには、真空槽にて行われるクリーニング以外の他の処理の合間に、エッチング生成物の除去を行うには実用上好ましくない程度のエッチング速度としかならないことを見出した。
【００１９】
上記態様では、エッチング生成物の除去を行うときに真空槽内の圧力を１Ｐａ以上３Ｐａ以下とすることから、エッチング生成物の除去効率が好ましい高さに維持される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のプラズマエッチング装置における一実施形態の全体構成を示す概略図。
【図２】（ａ）ＳＦ６ガスとＯ２ガスとから生成されたプラズマに曝されたイリジウム層の表面及び断面を撮像したＳＥＭ画像、（ｂ）該イリジウム層の表面を組成分析した結果を示すグラフ。
【図３】（ａ）ＳＦ６ガスから生成されたプラズマに曝されたイリジウム層の表面及び断面を撮像したＳＥＭ画像、（ｂ）該イリジウム層の表面を組成分析した結果を示すグラフ。
【図４】イリジウム層のエッチングレートと、基板温度との関係を示すグラフ。
【図５】イリジウム層のエッチングレートと、真空槽内の圧力との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかるプラズマエッチング装置、及びプラズマクリーニング方法における一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
［プラズマエッチング装置の全体構成］
図１に示されるように、プラズマエッチング装置１０が有する真空槽Ｃは、有底筒状のアルミニウムからなる収容器１１と、収容器１１の開口を封止する石英からなる誘電窓１２とから構成されている。真空槽Ｃ内には、エッチング対象物としての基板Ｓを保持する円柱状のステージ１３が、収容器１１と同一軸線上に配置されている。
【００２２】
ステージ１３には、該ステージ１３に載置される基板Ｓを加熱する抵抗加熱ヒーターが内蔵され、また、外部から高周波電力が供給されるバイアス電極が内蔵されている。ステージ１３に載置される基板Ｓは、例えば、シリコン基板に下部電極層、強誘電体層、上部電極層、及びマスクパターンがこの順に積層された積層体である。
【００２３】
このうち、下部電極層及び上部電極層の各々は、イリジウム及び白金の少なくとも１つの貴金属元素からなる。また、強誘電体層は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ビスマスランタン鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、及びタンタル酸ビスマスストロンチウム等からなる。
【００２４】
ステージ１３に内蔵されたバイアス電極には、バイアス用高周波電源１４が、バイアス用整合器１５を介して接続されている。バイアス用高周波電源１４は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を出力する。バイアス用整合器１５は、バイアス用高周波電源１４の出力インピーダンスと、負荷の入力インピーダンスとを整合させることで、高周波電力の反射を抑える。
【００２５】
収容器１１の側面に貫通形成された排気口１１ａには、圧力調整部を構成する排気部１６が接続されている。排気部１６は、ターボ分子ポンプ、該ターボ分子ポンプの後段に接続されたドライポンプ、及びこれらポンプによる排気流量を調節するバルブ等から構成され、真空槽Ｃ内を排気するとともに、該真空槽Ｃ内を所定圧力に調整する。
【００２６】
収容器１１の側面に貫通形成されたガス供給口１１ｂには、エッチングガス供給部１７ａと、クリーニングガス供給部を構成する六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂ及び酸素ガス供給部１７ｃとが接続されている。エッチングガス供給部１７ａは、エッチングガスを構成する所定流量の塩素ガス、及び所定流量のアルゴンガスを真空槽Ｃに供給する。六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂは、クリーニングガスを構成する所定流量のＳＦ６ガスを真空槽Ｃに供給する。酸素ガス供給部１７ｃは、これもまたクリーニングガスを構成する所定流量のＯ２ガスを真空槽Ｃに供給する。
【００２７】
収容器１１の外側面には、該収容器１１の内側面を温調するための熱交換器１８が接続されている。熱交換器１８は、例えば、収容器１１の壁面内に形成された温媒通路中を流れる温媒の温度を室温よりも高い所定温度に温調することで、収容器１１の内側面を室温よりも高い所定温度に温調する。
【００２８】
誘電窓１２の上方には、環状の誘導コイル２１が、誘電窓１２と平行に配設されている。誘導コイル２１は、収容器１１及びステージ１３と同一軸線上に配置された２回巻きのスパイラルアンテナである。誘導コイル２１には、コイル用高周波電源２２が、コイル用整合器２３を介して接続されている。コイル用高周波電源２２は、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。コイル用整合器２３は、誘導コイル２１の出力インピーダンスと、負荷の入力インピーダンスとを整合させることで、高周波電力から反射を抑える。
【００２９】
誘導コイル２１と誘電窓１２との間には、誘電窓１２における基板Ｓ側の側面にマグネトロン磁場を生成するための複数の永久磁石２４が、誘導コイル２１と同径の環状をなすように配置されている。
【００３０】
プラズマエッチング装置１０が有する制御装置３０には、上述した各構成要素の駆動の態様を制御するプログラムであるプロセスレシピが格納されている。プロセスレシピは、エッチング処理やプラズマクリーニング処理を実行するためのものである。
【００３１】
制御装置３０は、抵抗加熱ヒーターを駆動するためのドライバを有し、抵抗加熱ヒーターを駆動するための駆動電流をドライバから抵抗加熱ヒーターに出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理及びプラズマクリーニング処理を行う際、ステージ１３は、制御装置３０からの駆動電流に応じた出力値で該ステージ１３に載置された基板Ｓを加熱する。
【００３２】
制御装置３０は、バイアス用高周波電源１４に接続されるとともに、バイアス用高周波電源１４の出力値を制御するための出力指令を該バイアス用高周波電源１４に出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理を行う際、バイアス用高周波電源１４は、制御装置３０からの出力指令に応じた出力値でステージ１３のバイアス電極に高周波電力を出力する。
【００３３】
制御装置３０は、コイル用高周波電源２２に接続されるとともに、コイル用高周波電源２２の出力値を制御するための出力指令を該コイル用高周波電源２２に出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理及びプラズマクリーニング処理を行う際、コイル用高周波電源２２は、制御装置３０からの出力指令に応じた出力値で誘導コイル２１に高周波電力を出力する。
【００３４】
制御装置３０は、排気部１６に接続されるとともに、排気部１６を駆動するための駆動指令を該排気部１６に出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理及びプラズマクリーニング処理を行う際、排気部１６は、制御装置３０からの駆動指令に応じて真空槽Ｃを排気するとともに、真空槽Ｃの圧力をプロセス圧力に調節する。
【００３５】
制御装置３０は、エッチングガス供給部１７ａに接続されるとともに、マスフローコントローラの出力値を制御するための出力指令を該エッチングガス供給部１７ａに出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理を行う際、エッチングガス供給部１７ａは、制御装置３０からの出力指令に応じた流量でエッチングガスを供給する。
【００３６】
制御装置３０は、六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂに接続されるとともに、マスフローコントローラの出力値を制御するための出力指令を該六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂに出力する。そして、制御装置３０がプラズマクリーニング処理を行う際、六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂは、制御装置３０からの出力指令に応じた流量でＳＦ６ガスを供給する。
【００３７】
制御装置３０は、酸素ガス供給部１７ｃに接続されるとともに、マスフローコントローラの出力値を制御するための出力指令を該酸素ガス供給部１７ｃに出力する。そして、制御装置３０がプラズマクリーニング処理を行う際、酸素ガス供給部１７ｃは、制御装置３０からの出力指令に応じた流量でＯ２ガスを供給する。
【００３８】
制御装置３０は、熱交換器１８に接続されるとともに、熱交換器１８を駆動するための駆動指令を該熱交換器１８に出力する。そして、制御装置３０がエッチング処理及びプラズマクリーニング処理を行う際、熱交換器１８は、制御装置３０からの駆動指令に応じて真空槽Ｃの内側面を所定温度に昇温する。
［プラズマエッチング装置の作用］
次に、プラズマエッチング装置１０の作用の一つであるプラズマクリーニング処理時の作用について説明する。なお、プラズマエッチング装置１０の行うプラズマクリーニング処理とは、上記基板Ｓのエッチング処理時に、真空槽Ｃの内側面に付着したエッチング生成物を除去する処理である。そこで、以下では、プラズマクリーニング処理にあわせて、それ以前に行われるエッチング処理についても説明する。
【００３９】
プラズマエッチング装置１０にて基板Ｓのエッチング処理が行われる際には、まず、制御装置３０は、エッチング処理を実行するためのプロセスレシピを読み出し、該プロセスレシピに基づいてプラズマエッチング装置１０をエッチング処理の開始状態にセットする。すなわち、制御装置３０は、排気部１６を駆動して真空槽Ｃ内を所定圧力に減圧するとともに、ステージ１３の抵抗加熱ヒーターを駆動してステージ１３を所定温度に昇温する。また、制御装置３０は、熱交換器１８を駆動して真空槽Ｃの内側面を所定温度に昇温する。
【００４０】
次いで、真空槽Ｃの内側面が所定温度に昇温されると、制御装置３０は、図示されない基板搬送ロボットを駆動し、基板Ｓを真空槽Ｃ内に搬入して、該基板Ｓをステージ１３に保持する。基板Ｓの搬入が完了すると、制御装置３０は、エッチングガス供給部１７ａを駆動し、該エッチングガス供給部１７ａから所定流量の塩素ガスを真空槽Ｃ内に供給する。その後、制御装置３０は、コイル用高周波電源２２を駆動し、コイル用高周波電源２２から誘導コイル２１に所定電力値で高周波電力を出力する。これにより、真空槽Ｃ内には、エッチングガスからプラズマが生成される。
【００４１】
コイル用高周波電源２２が高周波電力を出力すると、制御装置３０は、バイアス用高周波電源１４を駆動し、バイアス用高周波電源１４からステージ１３に所定値の高周波電力を出力する。これにより、基板Ｓにバイアス電圧が印加され、プラズマに含まれる正イオンが基板Ｓの表面に引き込まれる。これにより、基板Ｓの表面である積層膜が、その表面から裏面側に向かって順にエッチングされる。なお、制御装置３０に格納されたプロセスレシピに含まれるエッチング条件の一例を以下に示す。
［エッチング条件］
・塩素ガスの流量              １０ｓｃｃｍ
・アルゴンガスの流量          ４０ｓｃｃｍ
・真空槽Ｃ内の圧力            ０．５Ｐａ
・コイル用高周波電源の出力    １０００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力  ５００Ｗ
・基板Ｓの温度                ３００℃
・収容器１１の内側面の温度    ２００℃
こうしたエッチング処理によれば、基板Ｓの表面である積層膜が所定形状にパターニングされるとともに、基板Ｓを構成する各層が、エッチングガス、特に塩素と反応して不揮発性のエッチング生成物を生成する。すなわち、下部電極層や上部電極層を構成するイリジウムや白金が塩素と反応してイリジウムの塩化物や白金の塩化物を生成する。
【００４２】
ここで、イリジウムの塩化物の融点は、７６３℃であり、また白金の塩化物の融点は、５８１℃であり、いずれの塩化物も、上述したプロセス環境において揮発性が乏しい化合物である。それゆえに、基板Ｓのエッチングが行われることによって、真空槽Ｃの内側面には、エッチング生成物であるイリジウムの塩化物や白金の塩化物が付着することになる。そこで、所定枚数の基板Ｓに対してエッチング処理が行われた後には、プラズマエッチング装置１０に付着したエッチング生成物を除去するためのプラズマクリーニング処理が行われる。
【００４３】
プラズマクリーニング処理が行われる際には、まず、制御装置３０は、プラズマクリーニング処理を実行するためのプロセスレシピを読み出し、該プロセスレシピに基づいてプラズマエッチング装置１０をプラズマクリーニング処理の開始状態にセットする。すなわち、制御装置３０は、真空槽Ｃ内に基板Ｓが搬入されていない状態で、上記排気部１６による排気を継続し、真空槽Ｃ内を所定圧力にまで減圧する。また、制御装置３０は、ステージ１３の抵抗加熱ヒーターを駆動してステージ１３を所定温度に昇温する。また、制御装置３０は、熱交換器１８を駆動して真空槽Ｃの内側面を所定温度に昇温する。
【００４４】
次いで、制御装置３０は、六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂを駆動し、該六フッ化硫黄ガス供給部１７ｂから真空槽Ｃに所定流量のＳＦ６ガスを供給する。また、制御装置３０は、酸素ガス供給部１７ｃを駆動し、該酸素ガス供給部１７ｃから真空槽Ｃに所定流量のＯ２ガスを供給する。その後、制御装置３０は、コイル用高周波電源２２を駆動し、コイル用高周波電源２２から誘導コイル２１に所定値の高周波電力を出力する。これにより、真空槽Ｃ内には、クリーニングガスからプラズマが生成される。なお、制御装置３０に格納されたプロセスレシピに含まれるプラズマクリーニング条件の一例を以下に示す。
［プラズマクリーニング条件］
・ＳＦ６ガスの流量          １００ｓｃｃｍ
・Ｏ２ガスの供給流量        ５０ｓｃｃｍ
・真空槽Ｃ内の圧力          １Ｐａ
・コイル用高周波電源の出力  ２５００Ｗ
・ステージ１３の温度        ３５０℃
・収容器１１の内側面の温度  ２００℃
これにより、真空槽Ｃの内側面に付着した貴金属塩化物が、上記クリーニングガスからなるプラズマと反応することによって、相対的に揮発性の高い貴金属フッ化物が優先的に生成される。これにより、真空槽Ｃに付着したエッチング生成物の表面に、相対的に揮発性の低い貴金属フッ化物による堆積物の層が形成されることを抑えることができる。そして、エッチング生成物の略全体にて、該エッチング生成物と上記プラズマとの反応が進行することになる。そのため、従来のプラズマクリーニング処理と比較して、すなわち、相対的に揮発性の低い貴金属フッ化物がエッチング生成物の表面に堆積してエッチング生成物とプラズマとの反応が妨げられていた処理と比較して、エッチング生成物の除去効率が高められることになる。
［試験例］
次に、上記プラズマクリーニング処理におけるエッチング生成物の除去効率に関し、該除去効率の評価試験の結果について説明する。なお、プラズマクリーニング処理では、バイアス用高周波電源１４からの高周波電力が、ステージ１３に供給されていない。そのため、バイアス電圧が印加されない真空槽Ｃの内側面を、同じくバイアスが印加されないステージ１３の上面で模擬することが可能である。そこで、下記試験例１〜４では、真空槽Ｃの内側面に堆積したエッチング生成物が、試験用基板の表面に形成された貴金属膜で模擬されている。
【００４５】
［試験例１］
直径２００ｍｍのシリコン基板上に、２００ｎｍの厚さを有したイリジウム層が積層された試験用基板を作成した。そして、上記プラズマエッチング装置１０内に試験用基板を搬入した後、クリーニングガスによるプラズマを生成し、試験用基板の表面を該プラズマに曝した。そして、プラズマに曝された後の試験用基板の表面及び断面を撮像し、該表面における組成をエネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy : EDX） により計測した。プラズマクリーニング処理に用いたプラズマの生成条件である試験条件１を以下に示すとともに、プラズマクリーニング処理後のＳＥＭ画像及びＥＤＸの計測結果を図２に示す。
［試験条件１］
・ＳＦ６ガスの流量          １００ｓｃｃｍ
・Ｏ２ガスの供給流量        ５０ｓｃｃｍ
・真空槽Ｃ内の圧力          １Ｐａ
・コイル用高周波電源の出力  ２５００Ｗ
・ステージ１３の温度        ３５０℃
・収容器１１の内側面の温度  ２００℃
これにより、図２（ａ）に示されるように、イリジウム層４１上に堆積物の層が形成されることなく、該イリジウム層４１の表面における略全体がエッチングされることが認められた。また、エッチング後のイリジウム層４１の組成をＥＤＸにより分析したところ、図２（ｂ）に示されるように、イリジウム層４１は、エッチングに用いたＳＦ６ガス及びＯ２ガスの構成元素をほとんど含んでいなかった。こうした結果からも、上記試験条件１によるプラズマとイリジウムとの反応によれば、たとえ相対的に揮発性の低いイリジウムフッ化物が生成されたとしても、エッチングを妨げる程度に堆積物が形成されることが抑えられることが認められた。
【００４６】
［試験例２］
試験例１と同じ構成からなる試験用基板を真空槽Ｃ内に搬入し、以下の条件、すなわち試験条件１からＯ２ガスが除かれた条件でプラズマを生成し、試験用基板の表面を該プラズマに曝した。そして、プラズマに曝された後の試験用基板における表面及び断面を撮像し、該表面における組成をＥＤＸにより計測した。プラズマクリーニング処理に用いたプラズマの生成条件である試験条件２を以下に示すとともに、プラズマクリーニング処理後のＳＥＭ画像及びＥＤＸの計測結果を図３に示す。
［試験条件２］
・ＳＦ６ガスの流量          １５０ｓｃｃｍ
・真空槽Ｃ内の圧力          １Ｐａ
・コイル用高周波電源の出力  ２５００Ｗ
・ステージ１３の温度        ３５０℃
・収容器１１の内側面の温度  ２００℃
試験条件２によるイリジウム層のエッチングによれば、図３（ａ）に示されるように、イリジウム層５１の略全体に堆積物層５２が認められた。また、エッチング後のイリジウム層５１の組成を上記ＥＤＸにより分析したところ、図３（ｂ）に示されるように、イリジウム層５１は、イリジウムに加えて、フッ素を含んでいることが認められた。つまり、ＳＦ６ガスのみからなるプラズマにイリジウム層５１が曝されると、ＳＦ６ガスとイリジウムとの反応によって生成されたエッチング生成物であるイリジウムフッ化物が、イリジウム層５１の表面における略全体に堆積物層５２を形成することが認められた。このように、ＳＦ６ガスのみからなるプラズマにイリジウム層５１が曝されると、イリジウム層５１の表面には、相対的に揮発性の低いイリジウムフッ化物が堆積物層５２を形成してしまい、これが、その下層に存在するイリジウム層５１とプラズマとの反応を妨げてしまう。これにより、堆積物層５２が形成された以降のイリジウム層５１のエッチングが進行しなくなってしまう。
【００４７】
こうした結果から、ＳＦ６ガスとＯ２ガスとのクリーニングガスのプラズマにイリジウム層が曝されることにより、相対的に揮発性の高いイリジウムフッ化物が優先的に生成されることがわかった。そして、揮発性の高いイリジウムフッ化物が生成される程度とは、相対的に揮発性の低いイリジウムフッ化物を含んだ堆積物の層が、イリジウム層の表面に形成されない程度であって、それゆえに、こうした堆積物層によってイリジウム層のエッチングが妨げられることが抑えられる。
【００４８】
なお、こうした現象は、イリジウムの単体がプラズマに曝される場合に限らず、該イリジウム層のエッチングにより生成されたエッチング生成物、すなわちイリジウム塩化物においても認められた。また、上記試験例１、２では、貴金属層の一例としてイリジウム層が用いられた結果が示されているが、貴金属層として白金層を用いた場合であっても、同様の傾向は認められた。
【００４９】
ちなみに、イリジウムと白金とは、フッ素が含まれるプラズマとの反応によって、揮発性のフッ化物と不揮発性のフッ化物とを生成し得る貴金属元素である。詳述すると、フッ素が含まれるプラズマとイリジウムとの反応では、融点が２５０℃の不揮発性のＩｒＦ３と、融点が４４℃であって、沸点が５３℃である揮発性のＩｒＦ６とが生成され得る。また、フッ素が含まれるプラズマと白金との反応では、融点が６００℃の不揮発性のＰｔＦ４と、融点が６１℃であって、沸点が６９℃である揮発性のＰｔＦ６とが生成され得る。そして、試験例１によれば、ＳＦ６ガスとＯ２ガスとが混合されたガスからなるプラズマとこれら貴金属元素との反応では、貴金属元素の価数が大きいフッ化物である揮発性のフッ化物が生成されることが認められた。また、試験例２によれば、ＳＦ６ガスのみからなるプラズマとこれらの貴金属元素との反応では、貴金属元素の価数が小さいフッ化物である不揮発性のフッ化物が生成されることが認められた。
【００５０】
［試験例３］
試験例１と同じ構成からなる試験用基板を真空槽Ｃ内に搬入し、基板温度を３００℃、３５０℃、及び４００℃とし、それ以外の条件を試験条件１と同じ条件として、各温度条件におけるイリジウム層のエッチングレートを測定した。
【００５１】
図４に示されるように、基板温度が３００℃のときのエッチングレートは、２０ｎｍ／ｍｉｎであり、基板温度が３５０℃のときのエッチングレートは、１６０ｎｍ／ｍｉｎであり、基板温度が４００℃のときのエッチングレートは、８００ｎｍ／ｍｉｎであった。このように、基板温度が高い程、イリジウム層のエッチングレートが高くなることが認められた。
【００５２】
なお、こうした現象は、イリジウムの単体がプラズマに曝される場合に限らず、該イリジウム層のエッチングにより生成されたエッチング生成物、すなわちイリジウム塩化物においても認められた。また、上記試験例３では、貴金属層の一例としてイリジウム層が用いられた結果が示されているが、貴金属層として白金層を用いた場合であっても、同様の傾向は認められた。
【００５３】
こうした結果から、プラズマクリーニング処理では、熱交換器１８が、真空槽Ｃの内側面の温度を室温より高くすることが好ましく、ステージ１３からの輻射熱により内側面が加熱されることに鑑みれば、抵抗加熱ヒーターが、ステージ１３の温度を室温より高くすることが好ましい。
【００５４】
［試験例４］
試験例１と同じ構成からなる試験用基板を真空槽Ｃ内に搬入し、真空槽Ｃ内の圧力を１Ｐａ、３Ｐａ、及び１０Ｐａとし、それ以外の条件を試験条件１と同じ条件として、各圧力条件においるイリジウム層のエッチングレートを測定した。図５に示されるように、真空槽Ｃ内の圧力が１Ｐａのときのエッチングレートは、１６０ｎｍ／ｍｉｎであり、３Ｐａのときのエッチングレートは、１２０ｎｍ／ｍｉｎであり、１０Ｐａのときのエッチングレートは、８０ｎｍ／ｍｉｎであった。このように、真空槽Ｃ内の圧力が低い程、イリジウム層のエッチングレートが高くなることが認められた。
【００５５】
なお、こうした現象は、イリジウムの単体がプラズマに曝される場合に限らず、該イリジウム層のエッチングにより生成されたエッチング生成物、すなわちイリジウム塩化物においても認められた。また、上記試験例４では、貴金属層の一例としてイリジウム層が用いられた結果が示されているが、貴金属層として白金層を用いた場合であっても、同様の傾向は認められた。
【００５６】
こうした結果から、イリジウム層のエッチングレートを実用上好ましい速度である１００ｎｍ／ｍｉｎ以上とするためには、真空槽Ｃ内の圧力を１Ｐａ以上３Ｐａ以下とすることが好ましい。つまり、上記プラズマエッチング装置１０のプラズマクリーニング処理を行うときにも、真空槽Ｃ内の圧力が１Ｐａ以上３Ｐａ以下であることが好ましい。
【００５７】
以上説明したように、上記実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）ＳＦ６ガスとＯ２ガスとが混合したクリーニングガスを真空槽Ｃに供給し、該クリーニングガスのプラズマを真空槽Ｃ内に生成することで、基板Ｓのエッチングにより生じたエッチング生成物をクリーニングするようにしている。そのため、相対的に揮発性の低い貴金属フッ化物よりも、相対的に揮発性の高い貴金属フッ化物が優先的に生成されるようになる。それゆえに、上記エッチング生成物の除去効率を高めることができる。
【００５８】
（２）ステージ１３に内蔵されたバイアス電極に高周波電力が供給されることは、エッチング形状の異方性を高めるために有効な手段である。一方、プラズマクリーニング処理時のように、基板Ｓがステージ１３に載置されていない状態では、バイアス電極に高周波電力が供給されると、ステージ１３の表面にて過度の腐食が進行する虞がある。この点、上記実施形態では、エッチング処理にて、誘導コイル２１とバイアス電極との双方が高周波電力の供給源として用いられる一方、プラズマクリーニング処理では、誘導コイル２１のみが高周波電力の供給源として用いられる。それゆえに、貴金属元素を含むエッチング生成物が真空槽Ｃ内に堆積することを抑えつつ、ステージ１３の表面における腐食がプラズマクリーニング処理で進行することを抑えることが可能にもなる。
【００５９】
（３）イリジウム及び白金は、その塩化物の揮発性が低いことから、該塩化物を含むエッチング生成物は、真空槽Ｃの内側面に付着しやすい。一方、エッチング形状の異方性を担保する上では、イリジウムや白金が含まれるエッチング対象物に対し、こうした塩素をエッチャントに適用することも有効的である。そして、上記実施形態であれば、こうした貴金属元素と塩素との反応によって生成されたエッチング生成物を除去することが可能であるから、上述した効果がより顕著になる。
【００６０】
（４）エッチング生成物の除去を行うときには、真空槽Ｃ内の圧力を１Ｐａ以上３Ｐａ以下とする。そのため、エッチング生成物の除去効率が好ましい高さに維持される。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
【００６１】
・基板Ｓが有する貴金属層は、イリジウム及び白金の少なくとも一つからなる構成であればよく、例えば、上部電極層及び下部電極層がイリジウムからなる構成であってもよく、あるいは上部電極層及び下部電極層が白金からなる構成であってもよい。また、上部電極層がイリジウムからなるとともに、下部電極層が白金からなる構成であってもよく、あるいは上部電極層が白金からなるとともに、下部電極層がイリジウムからなる構成であってもよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（４）に準じた効果を得ることができる。
【００６２】
・エッチング対象物は、上部電極層と下部電極層とのいずれか一方であってもよく、また、誘電体層が含まれない構成であってもよい。要は、エッチング対象物は、イリジウム及び白金の少なくとも一つからなる貴金属層であればよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（４）に準じた効果を得ることができる。
【００６３】
・プラズマクリーニング処理を行うときには、真空槽Ｃ内の圧力が、１Ｐａ以上３Ｐａ以下の範囲に含まれていなくともよい。要は、真空槽Ｃの内側面に付着したエッチング生成物を除去可能な圧力であればよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることができる。
【００６４】
・エッチングガス供給部１７ａが供給するエッチングガスは、塩素ガスとアルゴンガスとが混合されたガスの他、塩素ガスのみであってもよく、あるいは臭素ガスや臭素ガスとアルゴンガスとが混合されたガスであってもよい。こうした構成であっても、上記（１）（２）に準じた効果を得ることができる。
【００６５】
・プラズマクリーニング処理が行われる際には、ステージ１３上にダミー基板が載置されてもよい。このような構成であれば、上記（１）（２）に準じた効果に加え、以下の効果を得ることが可能でもある。
【００６６】
（５）プラズマクリーニング処理によって真空槽Ｃの内側面から剥がれたエッチング生成物が、ステージ１３に付着することを抑えられる。
また、プラズマクリーニング処理が行われる際には、ステージ１３上にダミー基板が載置され、且つステージ１３のバイアス電極に高周波電力が供給されてもよい。このような構成であれば、ステージ１３の周辺に付着したエッチング生成物を効果的にクリーニングすることが可能にもなる。
【００６７】
・プラズマエッチング装置の備えるプラズマ生成部は、ステージ１３の備えるバイアス電極と誘導コイル２１とに限らず、バイアス電極とこれと対向する平板電極とによって構成されてもよい。
【００６８】
・熱交換器１８は、プラズマクリーニング処理時の温度がエッチング処理時の温度よりも高くなるように、真空槽Ｃの内側面の温度を切替える構成であってもよい。
例えば、制御装置３０は、エッチング処理を行う際に、エッチング処理用の設定温度に基づく駆動指令を熱交換器１８に出力し、熱交換器１８は、制御装置３０からの駆動指令に応じて真空槽Ｃの内側面を温調する。また、制御装置３０は、プラズマクリーニング処理を行う際に、プラズマクリーニング処理用の設定温度に基づく駆動指令を熱交換器１８に出力し、熱交換器１８は、制御装置３０からの駆動指令に応じて真空槽Ｃの内側面を温調する。
【００６９】
このような構成であれば、上記（１）〜（４）に準じた効果に加え、以下の効果を得ることが可能でもある。
（６）各プロセスに適した雰囲気の温度で、エッチング処理とプラズマクリーニング処理とを行うことが可能となる。上記試験例３に示されるように、プラズマクリーニング処理時における内側面の温度が高いほど、エッチング生成物の取り除かれる速度が高くなる。一方、エッチング処理においては、エッチング形状や選択比を確保する上で、こうした内側面の温度に関し、プラズマクリーニング処理時の温度よりも低い温度が必要とされる場合も少なくない。上述した構成であれば、このような要請に応えることが可能にもなる。
【００７０】
・なお、真空槽Ｃの内側面の温度を所定温度に調節する構成は、上記熱交換器１８の他、収容器１１の外側面に取付けられた抵抗加熱ヒーターであってもよく、要は、真空槽Ｃの内側面の温度を室温よりも高い所定温度に調節する可能な構成であればよい。
【００７１】
・ステージ１３に内蔵される抵抗加熱ヒーターは、プラズマクリーニング処理時の温度がエッチング処理時の温度よりも高くなるように、ステージ１３の温度を切替える構成であってもよい。
【００７２】
例えば、制御装置３０の備えるドライバは、エッチング処理を行う際に、エッチング処理用の設定温度に基づく駆動電流を抵抗加熱ヒーターに出力し、抵抗加熱ヒーターは、制御装置３０からの駆動電流に応じてステージ１３を昇温する。また、制御装置３０の備えるドライバは、プラズマクリーニング処理を行う際に、プラズマクリーニング処理用の設定温度に基づく駆動電流を抵抗加熱ヒーターに出力し、抵抗加熱ヒーターは、制御装置３０からの駆動電流に応じてステージ１３を昇温する。
【００７３】
このような構成であれば、上記（１）〜（４）に準じた効果に加え、以下の効果を得ることが可能でもある。
（６）各プロセスに適したステージ１３の温度で、エッチング処理とプラズマクリーニング処理とを行うことが可能となる。上記試験例３に示されるように、プラズマクリーニング処理時における内側面の温度が高いほど、エッチング生成物の取り除かれる速度が高くなる。ステージ１３からの輻射熱により内側面が加熱されることを鑑みれば、プラズマクリーニング処理時におけるステージ１３の温度も高い方が好ましい。一方、エッチング処理においては、エッチング形状や選択比を確保する上で、こうしたステージ１３の温度に関し、プラズマクリーニング処理時の温度よりも低い温度が必要とされる場合も少なくない。上述した構成であれば、このような要請に応えることが可能にもなる。
【００７４】
・ＳＦ６ガスとＯ２ガスとの流量比は、ＳＦ６ガスとＯ２ガスとからなるクリーニングガスの全流量のうち、Ｏ２ガスの流量が、１０％以上５０％以下であることが好ましい。Ｏ２ガスの流量が１０％未満となる場合には、揮発性の貴金属フッ化物の生成量が不揮発性の貴金属フッ化物の生成量よりも小さくなる。一方、Ｏ２ガスの流量が５０％を超える場合には、貴金属フッ化物の生成量そのものが、実用上好ましくない程度にまで小さくなる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…プラズマエッチング装置、１１…収容器、１２…誘電窓、１３…ステージ、１４…バイアス用高周波電源、１５…バイアス用整合器、１６…排気部、１７ａ…エッチングガス供給部、１７ｂ…六フッ化硫黄ガス供給部、１７ｃ…酸素ガス供給部、１８…熱交換器、２１…誘導コイル、２２…コイル用高周波電源、２３…コイル用整合器、２４…永久磁石、４１，５１…イリジウム層、５２…堆積物層、Ｃ…真空槽。
【図１】
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【図４】
2013030696.tif 000004
【図５】
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【図２】
2013030696.tif 000006
【図３】
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